CN111616801A - 一种骨科手术导航装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种骨科手术导航装置，属于医疗装置技术领域。一种骨科手术导航装置，包括：支撑座、以及分别连接在支撑座上的导航组件和操作组件；导航组件包括机械臂和光电跟踪仪；机械臂的两端分别与光电跟踪仪和支撑座连接；操作组件包括连接杆、连接块以及显示器；连接杆的两端分别与连接块和支撑座连接，显示器通过滑动自锁组件与连接块连接，并且显示器与滑动自锁组件铰接。本发明通过导航组件将手术器械和患者手术部位进行实时跟踪、显示、定位等，并在显示器中通过影像的方式显现出来，通过手动调节的方式快速调整显示器的位置，使显示器具有合适的位置，便于医生实时观察显示器显示的影像，节约手术时间，降低患者手术风险。

Description

一种骨科手术导航装置
技术领域
本发明涉及医疗装置技术领域，具体涉及一种骨科手术导航装置。
背景技术
随着医疗水平的不断提高，人们对于手术的安全性和有效性的要求也日益增加，利用影像辅助技术来进行导航成为目前骨科的一个主要发展方向，目前骨科导航技术，已涉及关节外科、创伤外科、和矫形外科。
影像辅助骨科手术是利用计算机对数字化医学影像的高速处理及控制能力，通过虚拟手术环境为骨科医生从技术上提供支援，使手术更微创、更安全、更准确。因此，在术前和术中，需要采用显示器将手术器械的位置在患者的影像上实时更新，并显示出来，让手术医生随时知道手术器械的位置同患者解剖结构的关系。但是，目前骨科手术导航装置的显示器均是固定设置，其位置不可移动，并且经常位于手术医生的身侧或者身后，导致医生在手术时，不能实时观察显示器的影像，影响手术的正常进行，延长了手术时间，增加患者手术风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种骨科手术导航装置，以解决现有骨科手术导航装置的显示器位置不可移动并位于手术医生的身侧或者身后，导致医生在手术时，不能实时观察显示器的影像的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种骨科手术导航装置，包括：支撑座、以及分别连接在支撑座上的导航组件和操作组件；
导航组件包括机械臂和光电跟踪仪；机械臂的两端分别与光电跟踪仪和支撑座连接；
操作组件包括连接杆、连接块以及显示器；连接杆的两端分别与连接块和支撑座连接，显示器通过滑动自锁组件与连接块连接，并且显示器与滑动自锁组件铰接。
本发明的导航组件的光电跟踪仪通过机械臂来自动调整其位置，使其朝向手术器械和患者手术部位，用于对手术器械和患者手术部位进行实时跟踪、显示、定位等，并在显示器中通过影像的方式显现出来。操作组件的显示器通过滑动自锁组件连接在连接块上，并且显示器与滑动自锁组件铰接，通过手动移动或旋转的调节方式，来调整显示器的位置，使显示器具有合适的位置，便于医生实时观察显示器显示的影像，加快医生手术操作，节约手术时间，降低患者手术风险。
此外，本发明的采用自动调节的方式使光电跟踪仪匀速缓慢地运动，满足光电跟踪仪定位精度高的要求，采用手动调整的方式使显示器能够快速移动或者旋转到合适的位置以及合适的角度，满足不同位置、不同朝向、不同高矮的医生实时观察显示器显示的影像。
进一步地，上述滑动自锁组件包括第一齿条，以及均位于连接块内的第一齿轮、棘轮以及棘爪；
第一齿条贯穿连接块并与连接块滑动配合，第一齿条的底部与显示器铰接；
第一齿轮与第一齿条啮合并通过第一旋转轴与连接块连接；
棘轮与第一齿轮同心设置，第一旋转轴套设有涡旋簧，涡旋簧的内、外两端分别与第一旋转轴和棘轮连接；
棘爪与棘轮相配合并且棘爪通过第二旋转轴与连接块连接，第二旋转轴套设有扭力弹簧，扭力弹簧的两端分别与第二旋转轴和棘爪连接。
在需要降低显示器的高度时，向下拉动显示器，在第一齿条的作用下，第一齿轮旋转，并带动棘轮和涡旋簧旋转，棘轮拨动棘爪，使得棘爪与棘轮上的不同棘齿进行配合，通过棘爪与棘齿的配合，实现第一齿轮单向自锁，避免显示器在涡旋簧的作用下向上回弹。
在需要升高显示器时，解除棘爪对棘轮的单向自锁，显示器在涡旋簧的作用下上升，也可以手动托举显示器，辅助显示器上升，使显示器快速上升到所需高度，此后，使棘爪对棘轮进行配合，实现单向自锁，避免显示器继续在涡旋簧的作用下上升。
在需要调整显示器的角度时，由于第一齿条的底部与显示器铰接，转动显示器，即可调整显示器的角度。
进一步地，上述第二旋转轴伸入连接块内并与连接块滑动配合，第二旋转轴套设有螺旋弹簧，螺旋弹簧的两端分别与棘爪的一侧和连接块的内侧壁接触，棘爪的另一侧与连接块的内侧壁接触。
本发明的第二旋转轴伸出连接块，便于第二旋转轴带动棘爪进行滑动，使得棘爪与棘轮脱离，完成解除棘爪对棘轮的单向自锁操作，螺旋弹簧的作用是用于第二旋转轴和棘爪的复位，完成棘爪与棘轮之间的配合，实现单向自锁操作。
进一步地，上述第二旋转轴位于连接块外侧的一端设有按钮。
本发明的按钮便于按动第二旋转轴，使棘爪与棘轮脱离。
进一步地，上述第一齿条的顶部设有位于连接块的顶部外侧的挡块。
本发明的挡块避免第一齿条与第一齿轮脱开，从而避免显示器掉落。
进一步地，上述第一齿条的底部通过球铰链与显示器连接。
本发明的第一齿轮通过球铰链与显示器连接，使显示器可以沿多种方向进行旋转，满足不同位置、不同朝向的医生实时观察显示器显示的影像。
进一步地，上述连接杆从竖直方向上伸入支撑座中并与支撑座转动配合。
本发明的连接块随连接杆在水平方向上转动，连接块、显示器可以转动到手术台上方，也可以转动到手术台以外，便于手术前患者躺、卧在手术台上。
进一步地，上述机械臂包括竖直滑动臂、水平旋转臂以及竖直旋转臂；
竖直滑动臂从竖直方向伸入支撑座中，滑动臂的底端连接有第二齿条，支撑座的内部设有与第二齿条啮合的第二齿轮，第二齿轮与竖直滑动电机连接，竖直滑动臂的顶端设有第一旋转台；
水平旋转臂的一端设有第二旋转台，水平旋转臂的另一端与竖直旋转臂的顶端铰接，第二旋转台置于第一旋转台上，并且第二旋转台通过水平旋转电机与第一旋转台旋转配合；
竖直旋转臂的底端与光电跟踪仪连接。
本发明的竖直滑动臂通过竖直滑动电机使光电跟踪仪在竖直方向上移动，水平旋转臂通过水平旋转电机使光电跟踪仪在水平方向上转动，竖直旋转臂与水平旋转臂铰接，使光电跟踪仪在竖直方向上转动，从而能够调节光电跟踪仪的位置，使光电跟踪仪具有不同的高度并朝向不同手术部位。
进一步地，上述水平旋转臂通过球铰链与竖直旋转臂连接。
本发明的水平旋转臂通过球铰链与竖直旋转臂连接，可以增加竖直旋转臂的转动方向，使光电跟踪仪具有不同的朝向，以满足不同手术部位。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过导航组件将手术器械和患者手术部位进行实时跟踪、显示、定位等，并在显示器中通过影像的方式显现出来，通过手动调节的方式快速调整显示器的位置，使显示器具有合适的位置，便于医生实时观察显示器显示的影像，加快医生手术操作，节约手术时间，降低患者手术风险。
(2)本发明的采用自动调节的方式来移动光电跟踪仪，采用手动调整的方式来移动显示器，不但能够满足满足光电跟踪仪定位精度高的要求，还能满足不同位置、不同朝向、不同高矮的医生实时观察显示器显示的影像，避免全程采用自动调节的方式而导致显示器位置调整不及时的问题，还能避免全程采用手动调节的方式而导致光电跟踪仪定位精度低的问题。
附图说明
图1为本发明的骨科手术导航装置的结构示意图；
图2为本发明的支撑座与导航组件的结构示意图；
图3为本发明的操作组件其中一个方向的结构示意图；
图4为图3的A部放大图；
图5为本本发明的操作组件另一个方向的结构示意图。
图中：10-支撑座；20-导航组件；21-机械臂；22-光电跟踪仪；23-竖直滑动臂；24-水平旋转臂；25-竖直旋转臂；26-第二齿条；27-第二齿轮；30-操作组件；31-连接杆；32-连接块；33-显示器；40-滑动自锁组件；41-第一齿条；42-第一齿轮；43-棘轮；44-棘爪；45-第一旋转轴；46-涡旋簧；47-第二旋转轴；48-螺旋弹簧；50-球铰链；231-第一旋转台；241-第二旋转台；411-挡块；471-按钮。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
请参照图1，一种骨科手术导航装置，包括：支撑座10，以及分别连接在所述支撑座10上的导航组件20和操作组件30。导航组件20用于对手术器械和患者手术部位进行实时跟踪、显示、定位，并在显示器33中通过影像的方式显现出来。操作组件30通过手动移动或旋转的调节方式，来调整显示器33的位置，使显示器33具有合适的位置，便于医生实时观察显示器33显示的影像，加快医生手术操作，节约手术时间，降低患者手术风险。在本实施例中，支撑座10中设有计算机，计算机分别与导航组件20的光电跟踪仪22和显示器33通信连接，将光电跟踪仪22捕捉的信号转化成影像，并在显示器33上显示出来。
请参照图2，导航组件20包括机械臂21和光电跟踪仪22。机械臂21包括依次首尾相连的竖直滑动臂23、水平旋转臂24以及竖直旋转臂25。
竖直滑动臂23沿竖直方向设置，其底端伸入支撑座10中并与支撑座10滑动配合，竖直滑动臂23的底端连接有第二齿条26，竖直滑动臂23的顶端设有第一旋转台231。支撑座10的内部设有第二齿轮27，第二齿轮27与竖直滑动电机(未示出)连接并与第二齿条26啮合。通过竖直滑动电机带动第二齿轮27转动，使第二齿条26在竖直方向上移动，从而使导航组件20整体在竖直方向上移动。在本实施例中，竖直滑动臂23与第二齿条26一体成型。
水平旋转臂24沿水平方向设置，其一端设有第二旋转台241，另一端连接有球铰链50。第二旋转台241与第一旋转台231重叠设置，并通过转轴连接，使水平旋转臂24能够绕转轴进行旋转，同时水平旋转臂24与水平旋转电机(未示出)连接，具体连接方式为，转轴与第二旋转台241转动连接，转轴与第一旋转台231固定连接，水平旋转电机的电机轴与转轴连接，通过水平旋转电机带动第一旋转台231进行旋转。
竖直旋转臂25的顶端与水平旋转臂24端部的球铰链50连接，竖直旋转臂25的底端与光电跟踪仪22连接。竖直旋转臂25通过球铰链50与水平旋转臂24连接后，竖直旋转臂25绕球铰链50具有多个转动方向，使光电跟踪仪22具有不同的朝向，以满足不同手术部位。在本实施例中，球铰链50为阻尼球铰链，即竖直旋转臂25转动后可以停留在转动后的最终位置。
请参照图3至图5，操作组件30包括连接杆31、连接块32以及显示器33。连接杆31呈L型，其一端竖直伸入支撑座10中并通过滚动轴承与支撑座10连接，另一端与连接块32连接。显示器33悬吊在连接块32的下方并通过滑动自锁组件40与连接块32连接。
滑动自锁组件40包括第一齿条41、第一齿轮42、棘轮43和棘爪44。第一齿条41沿竖直方向贯穿连接块32并与连接块32滑动配合，第一齿条41的顶部设有用于限制第一齿条41向下过位移的挡块411，第一齿条41的底部通过球铰链50与显示器33连接，显示器33绕球铰链50具有多个旋转方向，使显示器33具有不同的朝向，便于医生实时观察显示器33显示的影像。第一齿轮42通过第一旋转轴45设置在连接块32的内部，并切第一齿轮42与第一齿条41啮合。
棘轮43与第一齿轮42同心设置，即棘轮43与第一齿轮42绕第一旋转轴45联动。第一旋转轴45上套设有涡旋簧46，涡旋簧46的内端与第一旋转轴45连接，涡旋簧46的外端与棘轮43连接，第一齿条41向下移动时，棘轮43随之转动，涡旋簧46蓄能，或者涡旋簧46释能时，带动棘轮43转动，第一齿条41随之向上移动。
棘爪44通过第二旋转轴47设置在连接块32的内部，棘爪44套设在第二旋转轴47上并与棘轮43相配合。第二旋转轴47从连接块32的外侧伸入到连接块32的内部，并且第二旋转轴47与连接块32滑动配合，第二旋转轴47位于连接块32外侧的一端设有按钮471，用于使第二旋转轴47与连接块32进行滑动。第二旋转轴47上套设有扭力弹簧(未示出)，扭力弹簧的两端分别与第二旋转轴47和棘爪44连接，用于棘爪44的回弹。第二旋转轴47上还套设有螺旋弹簧48，螺旋弹簧48的一端与连接块32的内侧壁接触，螺旋弹簧48的另一端与棘爪44的一侧接触，棘爪44的另一侧与连接块32的内侧壁接触。按钮471未按动时，棘爪44与棘轮43相配合，对棘轮43单向锁定，此时第一齿条41向下移动才能带动棘轮43的转动，按动按钮471时，棘爪44与棘轮43脱开，解除对棘轮43的单向锁定，此时第一齿条41向上移动也能带动棘轮43的转动。
操作组件30的工作原理：
(1)显示器33向下移动：手持显示器33，将显示器33向下拉动，第一齿条41随之向下移动，带动第一齿轮42和棘轮43转动，涡旋簧46旋转蓄能，同时，棘轮43拨动棘爪44，使棘爪44与棘轮43上不同的棘齿配合，对棘轮43进行单向自锁，避免棘轮43在涡旋簧46的作用下回转。由于棘轮43与棘爪44可以即时配合，在拉动显示器33时，可以手动调节拉动显示器33的速度，使显示器33可以快速地下降到所需高度。
(2)显示器33向上移动：按动按钮471，使棘轮43与棘爪44脱离，解除棘爪44对棘轮43的单向锁定，棘轮43和第一齿轮42在涡旋簧46的作用下回转，带动第一齿条41和显示器33向上移动，显示器33上升到所需高度后，松开按钮471，使棘爪44对棘轮43进行锁定，显示器33停止上升。为了控制显示器33上升速度，可以手持显示器33并向上推动增加上升速度或向下拉动降低显示器33上升速度。
(3)显示器33自身转动：显示器33通过球铰链50与第一齿条41连接，手持显示器33即可进行多个方向的转动。
(4)操作组件30整体转动：手持显示器33或连接块32或连接杆31，在水平方向上推动操作组件30，由于连接杆31通过滚动轴承与支撑座10连接，使得操作组件30整体在水平方向进行转动，使显示器33远离手术台，避免显示器33对患者的上、下病床操作产生干涉。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种骨科手术导航装置，其特征在于，包括：支撑座(10)、以及分别连接在所述支撑座(10)上的导航组件(20)和操作组件(30)；
所述导航组件(20)包括机械臂(21)和光电跟踪仪(22)；所述机械臂(21)的两端分别与所述光电跟踪仪(22)和所述支撑座(10)连接；
所述操作组件(30)包括连接杆(31)、连接块(32)以及显示器(33)；所述连接杆(31)的两端分别与所述连接块(32)和所述支撑座(10)连接，所述显示器(33)通过滑动自锁组件(40)与所述连接块(32)连接，并且所述显示器(33)与所述滑动自锁组件(40)铰接。
2.根据权利要求1所述的骨科手术导航装置，其特征在于，所述滑动自锁组件(40)包括第一齿条(41)，以及均位于所述连接块(32)内的第一齿轮(42)、棘轮(43)以及棘爪(44)；
所述第一齿条(41)贯穿所述连接块(32)并与所述连接块(32)滑动配合，所述第一齿条(41)的底部与所述显示器(33)铰接；
所述第一齿轮(42)与所述第一齿条(41)啮合并通过第一旋转轴(45)与所述连接块(32)连接；
所述棘轮(43)与所述第一齿轮(42)同心设置，所述第一旋转轴(45)套设有涡旋簧(46)，所述涡旋簧(46)的内、外两端分别与所述第一旋转轴(45)和所述棘轮(43)连接；
所述棘爪(44)与所述棘轮(43)相配合并且所述棘爪(44)通过第二旋转轴(47)与所述连接块(32)连接，所述第二旋转轴(47)套设有扭力弹簧，所述扭力弹簧的两端分别与所述第二旋转轴(47)和所述棘爪(44)连接。
3.根据权利要求2所述的骨科手术导航装置，其特征在于，所述第二旋转轴(47)伸入所述连接块(32)内并与所述连接块(32)滑动配合，所述第二旋转轴(47)套设有螺旋弹簧(48)，所述螺旋弹簧(48)的两端分别与所述棘爪(44)的一侧和所述连接块(32)的内侧壁接触，所述棘爪(44)的另一侧与所述连接块(32)的内侧壁接触。
4.根据权利要求3所述的骨科手术导航装置，其特征在于，所述第二旋转轴(47)位于所述连接块(32)外侧的一端设有按钮(471)。
5.根据权利要求2所述的骨科手术导航装置，其特征在于，所述第一齿条(41)的顶部设有位于所述连接块(32)的顶部外侧的挡块(411)。
6.根据权利要求2所述的骨科手术导航装置，其特征在于，所述第一齿条(41)的底部通过球铰链(50)与所述显示器(33)连接。
7.根据权利要求1所述的骨科手术导航装置，其特征在于，所述连接杆(31)从竖直方向上伸入所述支撑座(10)中并与所述支撑座(10)转动配合。
8.根据权利要求1至7任一项所述的骨科手术导航装置，其特征在于，所述机械臂(21)包括竖直滑动臂(23)、水平旋转臂(24)以及竖直旋转臂(25)；
所述竖直滑动臂(23)从竖直方向伸入所述支撑座(10)中，所述滑动臂(23)的底端连接有第二齿条(26)，所述支撑座(10)的内部设有与所述第二齿条(26)啮合的第二齿轮(27)，所述第二齿轮(27)与竖直滑动电机连接，所述竖直滑动臂(23)的顶端设有第一旋转台(231)；
所述水平旋转臂(24)的一端设有第二旋转台(241)，所述水平旋转臂(24)的另一端与所述竖直旋转臂(25)的顶端铰接，所述第二旋转台(241)置于所述第一旋转台(231)上，并且所述第二旋转台(241)通过水平旋转电机与所述第一旋转台(231)旋转配合；
所述竖直旋转臂(25)的底端与所述光电跟踪仪(22)连接。
9.根据权利要求8所述的骨科手术导航装置，其特征在于，所述水平旋转臂(24)通过球铰链(50)与所述竖直旋转臂(25)连接。
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